CN114712390A - 基于层状双金属氢氧化物的纳米材料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

公开一种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料、制备方法及应用，能够促进芬顿反应产生高浓度活性氧ROS，进而诱发肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡ICD，同时，通过材料内离子的限域效应，创新性的在未包载任何抗肿瘤药物的前提下，实现对肿瘤微波消融治疗的增敏与抑制肿瘤疗效的综合提升，成本较低，合成产物性质稳定。这种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料，包括：层状双金属氢氧化物纳米材料、NaCl、薄荷醇，NaCl和薄荷醇复合在纳米材料表面，所述层状双金属氢氧化物包括铁、铝两种元素。

Description

基于层状双金属氢氧化物的纳米材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及纳米材料和介入医学的技术领域，尤其涉及一种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料，这种纳米材料的制备方法，以及该基于层状双金属氢氧化物的纳米材料在治疗肿瘤中的协同作用。
背景技术
近年来，随着科技进步，飞速发展的纳米材料领域与医学领域不断加深合作，基于临床需求且能提高临床治疗效果的各类纳米材料应运而生。在对肿瘤的诊疗中也同样开发出了不少具有诸如促进药物递送、多种药物联合制剂、增强放疗热疗等疗效的多功能纳米材料。纳米材料本身具有的高渗透、长滞留(The enhanced permeability and retention，EPR)效应有利于材料在肿瘤组织内积累并保持，这无疑为纳米材料抗肿瘤治疗提供了天然的优势。
LDH(Layered Double Hydroxide，层状双金属氢氧化物)为可自行设计所包含的阳离子、尺寸可随原料浓度与反应温度和反应时间等变化而调整的纳米材料，在得到安全性验证后，已经被不断应用到生物医学领域。
微波消融，是利用可以辐射微波的电极针，通过加热产生的效果实现组织的凝固坏死，从而达到杀死肿瘤组织的目的。而经过这些年来不断的研究与临床应用，微波消融已成为一项较成熟的微创肿瘤局部治疗方案，拥有广泛的应用前景。
LDH的合成方法多样且一般成本较低，因此，将LDH的诸多特性合理应用到生物医学领域，设计一种有助于辅助微波消融治疗肿瘤的多功能纳米材料是目前领域内研究人员广为开展的热点研究之一。
对于微波消融技术来说，虽然对于在消融治疗适应症内的患者，已经有诸多国内外学者证明其消融灶内肿瘤完全灭活率可达到70％～100％，但其当前对消融治疗的疗效仍尚未达到百分之百，对于因病灶位置和大小或技术限制而消融不完全的肿瘤，其残余病灶往往需要进一步处理，如二次消融、手术切除或后续放疗，并未达到微创治疗的初衷。因此，如何在消融范围与消融温度受限制的情况下，既要进一步提升消融治疗的局部疗效、保证消融的彻底性，又要确保相邻组织和器官的安全性、避免严重并发症的产生，实现两者“共赢”成为乳腺癌消融治疗急需解决的问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料及其制备方法，其能够促进芬顿反应产生高浓度活性氧ROS，进而诱发肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡ICD，同时，通过材料内离子的限域效应，创新性的在未包载任何抗肿瘤药物的前提下，实现对肿瘤微波消融治疗的增敏与抑制肿瘤疗效的综合提升，成本较低，合成产物性质稳定。
本发明的技术方案是：这种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料，其包括：层状双金属氢氧化物纳米材料、NaCl、薄荷醇，NaCl和薄荷醇复合在纳米材料表面，所述层状双金属氢氧化物包括铁、铝两种元素。
基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)亚铁盐、铝盐溶解于去离子水中制成反应溶液A，搅拌并加入碱性溶液B，保持PH值大于9.45，将部分得到的混合溶液置于高压反应釜，得到棕黑色沉淀，离心、洗涤、冷冻、干燥，得到
FeAl-LDH纳米材料；
(2)NaCl加入甲醇，冰浴震荡，制成钠盐近饱和溶液C，将FeAl-LDH纳米材料溶解于甲醇，加入C，超声震荡；
(3)薄荷醇放入步骤(2)得到的溶液中，磁力搅拌；
(4)静置，吸取上层液态薄荷醇丢弃，对剩余物离心、洗涤、冷冻、干燥，得到粉末状的NaCl@LDH@Menthol纳米材料。
本发明的NaCl@LDH@Menthol纳米材料具有金属元素，能够促进芬顿反应产生高浓度活性氧(reactive oxygen species，ROS)，进而放大微波消融的免疫效应即诱发肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death，ICD)，同时，通过材料内离子的限域效应，创新性的在未包载任何抗肿瘤药物的前提下，实现对肿瘤微波消融治疗的增敏与抑制肿瘤疗效的综合提升，成本较低，合成产物性质稳定。
还提供了所述基于层状双金属氢氧化物的纳米材料用于：微波消融治疗肿瘤。
附图说明
图1为本发明所制备的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的合成与功能化示意图。
图2为本发明实施制备过程的一系列纳米材料的扫描电镜图像与能谱面扫图(图2A:LDH；图2B:NaCl@LDH@Menthol)。
图3为本发明实施制备过程的NaCl@LDH@MentholDE能谱面扫图。
图4为本发明的材料对微波消融处理升温作用的增敏效果。
图5为本发明的材料对肿瘤细胞的凋亡诱导放大作用。
图6为根据本发明的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
这种基于层状双金属氢氧化物的纳米材料，其包括：层状双金属氢氧化物纳米材料、NaCl、薄荷醇，NaCl和薄荷醇复合在纳米材料表面，所述层状双金属氢氧化物包括铁、铝两种元素。
如图6所示，基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)亚铁盐、铝盐溶解于去离子水中制成反应溶液A，搅拌并加入碱性溶液B，保持PH值大于9.45，将部分得到的混合溶液置于高压反应釜，得到棕黑色沉淀，离心、洗涤、冷冻、干燥，得到FeAl-LDH纳米材料；
(2)NaCl加入甲醇，冰浴震荡，制成钠盐近饱和溶液C，将FeAl-LDH纳米材料溶解于甲醇，加入C，超声震荡；
(3)薄荷醇放入步骤(2)得到的溶液中，磁力搅拌；
(4)静置，吸取上层液态薄荷醇丢弃，对剩余物离心、洗涤、冷冻、干燥，得到粉末状的NaCl@LDH@Menthol纳米材料。
本发明的NaCl@LDH@Menthol纳米材料具有金属元素，能够促进芬顿反应产生高浓度活性氧(reactive oxygen species，ROS)，进而放大微波消融的免疫效应即诱发肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡(immunogenic cell death，ICD)，同时，通过材料内离子的限域效应，创新性的在未包载任何抗肿瘤药物的前提下，实现对肿瘤微波消融治疗的增敏与抑制肿瘤疗效的综合提升，成本较低，合成产物性质稳定。因为在室内反应仅半小时，水热反应釜内并无空气，相关文献水热法也均未使用氮气保护，因此本发明不采用氮气保护。
优选地，所述步骤(1)中，所述亚铁盐为FeCl2·4H2O，所述铝盐为AlCl3·6H2O，取4.1750g的FeCl2·4H2O与2.5350g的AlCl3·6H2O溶解于300mL去离子水中制成反应溶液A。采用去离子水的好处是，防止其他离子干扰反应，导致产物中有杂质。
优选地，所述步骤(1)中，取6gNaOH和12.6gNaHCO3溶解于120mL去离子水中制成碱性溶液B。采用NaOH和NaHCO3混合物的好处是，碱性会比较强且可控。
优选地，所述步骤(1)中，快速搅拌A溶液并向其中缓慢加入B溶液，使用PH计实时检测溶液的PH值，当PH值为9.50后，停止加入A溶液，继续快速搅拌30min，再次检测PH值为9.47；取混合溶液200mL倒入250mL聚四氟乙烯内衬的反应釜内胆中，随后将内胆放入高压反应釜中，旋紧；将反应釜置入电热鼓风干燥箱，设置反应条件为100℃、12h，随后自然冷却至室温；打开反应釜，吸取部分上层澄清液体，随后吹洗搅拌下层棕黑色沉淀，置于离心管内，超声震荡5min，随后8000rpm、离心6min，同样方法用去离子水再洗涤两次；最后一次离心后的产物，-80℃冰箱中预冷12h，随后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，得到的黑色粉末即为FeAl-LDH纳米材料，密封保存。
优选地，所述步骤(2)中，取1g氯化钠加入100mL甲醇中，冰浴震荡直至氯化钠完全溶解，制成氯化钠甲醇近饱和溶液C；取150mg制备好的FeAl-LDH纳米材料，溶解于10mL甲醇溶液中，再加入15mL溶液C，随后超声震荡5min，确保材料充分、均匀的分散在甲醇溶液中。因为薄荷醇易溶于水，为了方便分离合成后多余的薄荷醇，因此在使用其包裹材料时，选择与薄荷醇不互溶的甲醇更有助于分离。
优选地，所述步骤(3)中，取5g薄荷醇，放入分散好的Fe-LDH和氯化钠混合甲醇溶液中，随后置于多点磁力搅拌器上，条件设置为65℃、1200rpm，拧紧盖子反应1.5h后，拧开盖子继续反应5.5h，待乙醇溶液基本挥发，反应瓶中为液态薄荷醇和材料混合物后停止搅拌。由于在前期用共沉淀法合成材料时发现，单纯LDH分子在没有包覆材料的前提下，无法将Na+、Cl-保留在结构中，因此需要选择一种不影响LDH结构，且能在指定条件下将LDH暴露到肿瘤微环境中的材料。薄荷醇，熔点约32～36℃，是一种天然的“固-液-气体”三相过渡剂，在诸多研究中作为一种新型包覆材料得以应用，且具有连续空化效应以及产生气泡代替传统超声造影剂的潜能。因此，选择使用薄荷醇包封NaCl于LDH材料内，在确保MWA温度下可以熔化薄荷醇暴露LDH的基础上，探索薄荷醇在MWA下的实际反应情况以及对材料效能的影响。
优选地，所述步骤(4)中，65℃静置，约1.5h后可见瓶中溶液分层，棕黑色溶液位于下层，透明稍呈油状的液态薄荷醇位于上层，尽量吸取上层反应残余的薄荷醇丢弃，随后立刻离心，离心条件为10000rpm、5min、20℃，洗涤两次，第一次使用加热至65℃的去离子水，第二次使用常温去离子水，离心条件分别为5000rpm、5min、20℃和5000rpm、5min、4℃。
优选地，所述步骤(5)中，-80℃冰箱过夜，随后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，得到粉末状的NaCl@LDH@Menthol纳米材料(在后文中简称为NLM)，密封保存。
还提供了所述含铁纳米探针基于层状双金属氢氧化物的纳米材料用于：微波消融治疗肿瘤。
本发明设计合成的新型纳米材料NLM具有能够促进芬顿反应产生高浓度ROS，进而放大微波消融的免疫效应的能力，同时，通过材料内离子的限域效应，创新性的在未包载任何抗肿瘤药物的前提下，实现对肿瘤微波消融治疗的增敏与抑制肿瘤疗效的综合提升。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.基于层状双金属氢氧化物的纳米材料，其特征在于：其包括：层状双金属氢氧化物纳米材料、NaCl、薄荷醇，NaCl和薄荷醇复合在纳米材料表面，所述层状双金属氢氧化物包括铁、铝两种元素。
2.基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)亚铁盐、铝盐溶解于去离子水中制成反应溶液A，搅拌并加入碱性溶液B，保持PH值大于9.45，将部分得到的混合溶液置于高压反应釜，得到棕黑色沉淀，离心、洗涤、冷冻、干燥，得到FeAl-LDH纳米材料；
(2)NaCl加入甲醇，冰浴震荡，制成钠盐近饱和溶液C，将FeAl-LDH纳米材料溶解于甲醇，加入C，超声震荡；
(3)薄荷醇放入步骤(2)得到的溶液中，磁力搅拌；
(4)静置，吸取上层液态薄荷醇丢弃，对剩余物离心、洗涤、冷冻、干燥，得到粉末状的NaCl@LDH@Menthol纳米材料。
3.根据权利要求2所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述亚铁盐为FeCl2·4H2O，所述铝盐为AlCl3·6H2O，取4.1750g的FeCl2·4H2O与2.5350g的AlCl3·6H2O溶解于300mL去离子水中制成反应溶液A。
4.根据权利要求3所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，取6gNaOH和12.6gNaHCO3溶解于120mL去离子水中制成碱性溶液B。
5.根据权利要求4所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，快速搅拌A溶液并向其中缓慢加入B溶液，使用PH计实时检测溶液的PH值，当PH值为9.50后，停止加入A溶液，继续快速搅拌30min，再次检测PH值为9.47；取混合溶液200mL倒入250mL聚四氟乙烯内衬的反应釜内胆中，随后将内胆放入高压反应釜中，旋紧；将反应釜置入电热鼓风干燥箱，设置反应条件为100℃、12h，随后自然冷却至室温；打开反应釜，吸取部分上层澄清液体，随后吹洗搅拌下层棕黑色沉淀，置于离心管内，超声震荡5min，随后8000rpm、离心6min，同样方法用去离子水再洗涤两次；最后一次离心后的产物，-80℃冰箱过夜，随后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，得到的黑色粉末为FeAl-LDH纳米材料，密封保存。
6.根据权利要求5所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，取1g氯化钠加入100mL甲醇中，冰浴震荡直至氯化钠完全溶解，制成氯化钠甲醇近饱和溶液C；取150mg制备好的FeAl-LDH纳米材料，溶解于10mL甲醇溶液中，再加入15mL溶液C，随后超声震荡5min，确保材料充分、均匀的分散在甲醇溶液中。
7.根据权利要求6所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，取5g薄荷醇，放入分散好的Fe-LDH和氯化钠混合甲醇溶液中，随后置于多点磁力搅拌器上，条件设置为65℃、1200rpm，拧紧盖子反应1.5h后，拧开盖子继续反应5.5h，待甲醇溶液基本挥发，反应瓶中为液态薄荷醇和材料混合物后停止搅拌。
8.根据权利要求7所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，65℃静置，约1.5h后可见瓶中溶液分层，棕黑色溶液位于下层，透明稍呈油状的液态薄荷醇位于上层，尽量吸取上层反应残余的薄荷醇丢弃，随后立刻离心，离心条件为10000rpm、5min、20℃，洗涤两次，第一次使用加热至65℃的去离子水，第二次使用常温去离子水，离心条件分别为5000rpm、5min、20℃和5000rpm、5min、4℃。
9.根据权利要求8所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，-80℃冰箱过夜，随后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，得到粉末状的NaCl@LDH@Menthol纳米材料，密封保存。
10.根据权利要求1所述的基于层状双金属氢氧化物的纳米材料应用于：辅助微波消融治疗肿瘤。
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